电工电子技术课件 3.2-3.3三相电动机

第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机一、三相异步电动机的结构电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机异步电动机交流异步电动机按交流电的相数三相异步电动机单相相异步电动机按结构绕线式异步电动机鼠笼式异步电动机第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机一、三相异步电动机的结构三相异步电动机外形及结构如图下所示，主要由定子和转子两个基本部分构成，它们之间由气隙分开。第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机一、三相异步电动机的结构1.定子

定子是异步电动机固定不动的部分。由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。定子铁心安装在机座内，由硅钢片叠成。定子三相绕组嵌在定子铁心的槽内，三相绕组的始端和末端分别接到电动机出线盒的接线柱上，这样可以根据需要将三相绕组接或△接，使电动机使用于两种不同的工作电压。2.转子转子是异步电动机旋转的部分。由转子铁心、转子绕组组成。转子绕组可分为鼠笼式和绕组式两种。转子铁心仍由硅钢片叠成。第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机一、三相异步电动机的结构鼠笼式结构简单，它是在转子铁心的槽内穿入金属导体，两端装上铜环将所有的金属导体短接，自成闭合路径。绕组式与定子绕组相同，但三相绕组都是接。三个出线端通过电动机轴上的铜环与电刷引到电动机的外部。第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理如图所示，U1U2、V1V2、W1W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔1200。，接成星形。三相绕组的首端U1、V1、W1接在三相对称电源上，有三相对称电流iU、

iV

、

iW通过三相绕组。1．旋转磁场(1)旋转磁场产生第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场(1)旋转磁场产生由此可见，对称三相电流分别通入对称三相绕组U1U2、V1V2、W1W2中所形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速n1，定子电流频率f及磁极对数p之间的关系是（2）旋转磁场的转向电流的相序：U－V－W电流的相序：V－U－Wn1n1

改变电流相序，即任意对调电源的两根火线，可改变旋转磁场的方向，使电动机反转。3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。第三章变压器与电动机（3）旋转磁场的转速○○○

定子每相一个线圈，旋转磁场为二极。旋转磁场的磁极对数P=1电流变化一周，磁场也旋转一周。磁场的转速n1=60f1(r/min)○○○定子每相二个线圈，旋转磁场为四极。旋转磁场的磁极对数P=2电流变化一周，磁场也旋转0.5周。磁场的转速n1=60f1/2(r/min)3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场改变定子绕组的接线方式，可以改变异步电动机的极数。旋转磁场的转速n1与电动机的极数P成反比，与交流电的频率f成正比。第三章变压器与电动机3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理2．转动原理nn1

F⊙FSNn1=0,磁场静止，转子不能感应电流，导体静止。n1≠0，磁场顺时针旋转。

异步电动机要转动起来，要有旋转的磁场，同时转子电路必须闭合。

改变磁场旋转方向可使电动机反转。

转子产生感应电流，在磁场的作用下产生电磁转矩，使转子转动起来，方向与磁场方向一致。第三章变压器与电动机对称三相电源定子对称三相绕组旋转磁场转子旋转3.2三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理3．转差率第三章变压器与电动机异步电动机的转动原理是建立在电磁感应的基础上的，所以电动机的转速n与旋转磁场的转速n1（又叫做同步转速）不能相等。即n≠n1其相差的程度用转差率s来表示。转差率s

是异步电动机重要的参数之一。

s≈0.02～0.06异步电动机刚起动的瞬间，n=0,s=13.2三相异步电动机三、三相异步电动机的转矩和机械特性1、转矩特性第三章变压器与电动机异步电动机的电磁转矩T是由转子电流I2与旋转磁场相互作用而产生的。根据理论分析，电磁转矩T可用下式确定：

3.2三相异步电动机三、三相异步电动机的转矩和机械特性2、机械特性第三章变压器与电动机n=f(T)机械特性曲线可由转矩特性曲线得来：n>nm(AB段）：为稳定工作区（s较小），具有硬特性，即电动机具有自动适应负载能力。TL↓→T>TL→n↑→s↓→T↓→T=TL0<n<nm(BC段）：为不稳定工作区.3.2三相异步电动机三、三相异步电动机的转矩和机械特性2、机械特性第三章变压器与电动机异步电动机T－n曲线上对应着三个特定转矩：（1）额定转矩TN异步电动机在额定负载时轴上的输出转矩称为额定转矩。额定负载转矩可从铭牌数据中求得，即式中，PN为异步电动机的额定功率，单位为kW；nN为异步电动机的额定转速，单位为r/min；TN为异步电动机的额定转矩，单位为N.m。3.2三相异步电动机三、三相异步电动机的转矩和机械特性2、机械特性第三章变压器与电动机（2）最大转矩Tmax最大转矩电动机转矩的最大值。当负载转矩TL>Tmax时，电动机将发生闷车停转。定子电流急剧升高，电动机过热导致烧毁。称最大转矩与额定转矩的比值λ为过载系数。一般，过载系数λm为1.8～2.2。λm也表示短时允许过载能力。起动转矩Tst：电动机刚起动n=0,s=1时的转矩。由s=1可得（3）起动转矩Tst3.2三相异步电动机三、三相异步电动机的转矩和机械特性2、机械特性第三章变压器与电动机Tst∝U12Tst与R2有关当U1减小时，Tst减小，当R2适当增大时，Tst会增大起动能力λS=一般Tst=(1～2.2)TN。只有当TL<Tst时电动机才能起动。否则会发生“堵转”，此时电流I1I2都很大。起动时，s=1，n=0起动时，I2很大,n↓→s↑→I2↑3.2三相异步电动机四、三相异步电动机的技术数据1、电动机铭牌第三章变压器与电动机每台电动机都有一个铭牌,安装在机座上，记载它的额定值,以便按规定的数值使用；如下表所示三相异步电动机型号Y112M-6功率4.0KW防护等级IP44电压380V电流8.8A功率因数0.84接法△转速1440r/m绝缘等级B频率50Hz重量45kg工作方式S13.2三相异步电动机四、三相异步电动机的技术数据1、电动机铭牌第三章变压器与电动机（1）型号型号是电动机类型、规格的代号。国产异步电动机的型号由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字组成。(2)接法接法是指电动机在额定电压下三相定子绕组的连接方式，一般功率在3kW及以下的电动机为星形接法，4kW及以上的电动机为三角形接法。（3)额定频率f(Hz)额定频率是指电动机定子绕组所加交流电源的频率，我国工业用交流电源的标准频率为50Hz。3.2三相异步电动机四、三相异步电动机的技术数据1、电动机铭牌第三章变压器与电动机(4)额定电压UN(V)额定电压是指电动机在正常运行时加到定子绕组上的线电压。(5)额定电流IN(A)额定电流是指电动机在正常运行时，定子绕组线电流的有效值。(7)额定转速Nn(r／min)额定转速是指在额定频率、额定电压和额定输出功率时电动机每分钟的转数。(8)绝缘等级它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的(9)工作方式通常分为连续运行、短时运行和断续运行三种,分别用代号S1、S2、S3表示。(9)防护等级它是指电机外壳防护型式的分级。3.2三相异步电动机四、三相异步电动机的技术数据2、技术数据第三章变压器与电动机(1)额定功率PN

(kw)和额定效率

额定功率也称额定容量，是指在额定电压、额定频率、额定负载运行时，电动机轴上输出的机械功率。它的额定输入功率

3.2三相异步电动机四、三相异步电动机的技术数据2、技术数据第三章变压器与电动机(3)堵转电流/起动电流

堵转电流指电动机在额定频率、额定电压下，将转子卡住使之不动的情况下的定子电流，它与电动机在启动瞬时的起动电流的相同，所以也称起动电流Ist。（4）堵转转矩/额定转矩

堵转转矩指电动机在额定频率、额定电压下，将转子卡住不动所需的转矩，也称起动转矩Tst。第三章变压器与电动机补充：单相异步电动机单相异步电动机是由单相电源供电的小功率异步电动机。

由于单相异步电动机绕组通过单相交变电流，产生的磁通是交变脉动磁通，这种磁通不能使转子自行起动旋转，但却可以使原来旋转的电动机继续维持运转状态，所以要想使单相异步电动机起动，必须采取另外的起动措施。

第三章变压器与电动机补充：单相异步电动机

如图所示，电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组（主绕组）；另一个是起动绕组（副绕组），两个绕组在空间互成90°。形成旋转磁场，电动机的转子就会沿旋转磁场方向旋转。1.电容分相式异步电动机第三章变压器与电动机补充：单相异步电动机罩极式单相异步电动机定子铁心做成凸极式，转子仍为鼠笼式。在定子磁极上开一个槽，将磁柱分为两部分，在较小磁极上套一个短路铜环，称为罩极。在磁极上绕有单相绕组，通入单相交流电，铁心中便产生交变磁通，铜环中产生感应电流。感应电流产生的磁通将阻碍原磁场的变化，使罩极穿过的磁通滞后于未罩铜环部分穿过的磁通。总体上看，好像磁场在旋转，从而获得启动转矩。如图所示。2.罩极式单相异步电动机3.3三相异步电动机控制一、三相异步电动机的起动第三章变压器与电动机1.起动性能要求

有足够大的起动转矩,否则电动机不能起动

Tst>TL

满足起动转矩的前提下，起动电流Ist越小越好一般Ist=(5～7)IN，由于起动时间短，电机不会因发热而烧毁，但过大的电流会造成电网电压降落增大，影响其它设备正常工作。2.起动方法全压起动简单、经济、但Ist较大。适用于PN≤10KW的中小型电动机，或者电动机功率小于变压器容量的20%，同时电网电压下降不超过5%。（1）全压起动（直接起动）3.3三相异步电动机控制一、三相异步电动机的起动第三章变压器与电动机2.起动方法降压起动即起动时降低加在定子绕组上的电压，当电动机转速接近额定值时，再将定子绕组上的电压恢复到额定值。

由于加到定子绕组上的电压U1下降，所以起动电流下降，同时起动转矩也下降。因此降压起动适用于轻载或空载起动。（2）降压起动1)Y／△起动

这种方法只适用于正常运转时△形连接的电动机。当S2接起动端时，定子三相绕组接。起动电流（线电流）Ist

=UP/z当S2接运行端时，定子三相绕组△接。起动电流（线电流）Ist△=3.3三相异步电动机控制一、三相异步电动机的起动第三章变压器与电动机2.起动方法（2）降压起动1)Y／△起动Ist

/

Ist△=1/3△接起动电流是接起动电流的三倍。利用－△换接起动时，电源供给电流可下降三倍。Tst

/

Tst△=1/3

3.3三相异步电动机控制一、三相异步电动机的起动第三章变压器与电动机2.起动方法（2）降压起动2)自耦变压器降压起动这种方法适用于容量较大或不能采用－△起动的三相鼠笼式异步电动机。起动时，定子三相绕组接至自耦变压器的副边，电压低于电源电压。正常运行时，定子三相绕组接至电源电压。3)定子串电阻或电抗器起动这种方法适用于绕线式异步电动机。3.3三相异步电动机控制二、三相异步电动机的制动第三章变压器与电动机1.机械制动机械制动通常用电磁铁制成的电磁抱闸实现。电动机正常运行时，电磁抱闸的线圈得电，电磁铁吸合闸松开；电机断电，电磁线圈同时断电，电磁铁释放，在弹簧作用下，抱紧闸轮，电动机在极短时间停止运转。2.电气制动(1)能耗制动当电动机脱离三相电源后，将S2接通直流电源，则在电动机内会产生一个恒定的不旋转的磁场。转子由于机械惯性继续旋转,因而转子导体切割磁力线,产生感应电动势和电流。载有电流的导体在恒定磁场的作用下,受到制动力FT,产生制动转矩Tz,使转子迅速停车。3.3三相异步电动机控制二、三相异步电动机的制动第三章变压器与电动机2.电气制动(1)能耗制动由于这种方法是用消耗转子的动能(转换成电能）来进行制动的,所以称为能耗制动。这种方法准确、平稳、能耗小,但需直流电源.一般直流电流可调节为额定电流的0.5～1倍。(2)反接制动反接制动就是通过任意对调三相定子绕组的两相电源来实现的。任意对调两相电源后,旋转磁场反向旋转（速度n1),电磁转矩也反向而起制动作用。这种制动方法简单、快速,但制动时s≈2,电流大，制动不准确,耗能大,冲击较强烈,易损坏机械零件。当n≈0时,应立即断开电源,否则电动机将反转,应加制动电阻。反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种形式。1)电源反接制动3.3三相异步电动机控制三、三相异步电动机的制动第三章变压器与电动机2.电气制动(2)反接制动

绕线形异步电动机转子电路串入大电阻后，转子电流下降，电磁转矩下降，小于所吊重物的负载转矩，转速下降到0，但此时电磁转矩仍小于负载转矩，重物将迫使电动机转子反转，直到电磁转矩等于负载转矩，重物将以一较低转速下放。

倒拉反接制动用于绕线形异步电动机拖动具有势能的负载下放重物时，以获得稳定下放速度。2)倒拉反接制动第三章变压器与电动机3.3三相异步电动机控制三、三相异步电动机的制动2.电气制动(3)回馈制动当电动机转速n超过旋转磁场的转速n0时，于是电动机转子绕组切割旋转磁场的方向将与电动状态时相反，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到制动作用。当转子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电机的定子返回给电源，这种制动不但没有从电源吸收功率，反而向电网输出功率，所以称为回馈制动。实际上这时电动机已经由电动运行转为发电机运行，所以又称为发电制动。3.3三相异步电动机控制三、三相异步电动机的调速第三章变压器与电动机调速是指在电动机负载不变的情况下，人为地改变电动机的转速．由前面公式可得改变异步电动机定子绕组的接线，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。由于磁极对数p只能